Реле вакуума. При работе с высоковакуумными установками в результате порчи оборудования могут происходить различные неожиданные аварии. Они сопровождаются не только выведением пз строя приборов и потерей времени на ремонт и очистку, но также могут иметь большое значение для всей проводящейся работы. Наиболее часто при работе вакуумной системы аварии происходят из-за: 1) внезапного повышения давления при течи камеры, поломки трубок охлаждения, течи в вакуумпроводах и неисправности холодильной машины и 2) недостаточного охлаждения пароструйных насосов. Большинство описанных в литературе автоматически срабатывающих реле вакуума связано с этими неисправностями. При неисправностях первого типа, когда насосы остаются в течение длительного времени нагретыми при большом давлении в системе, масло в пароструйных насосах может испортиться. Применение силиконовых масел в значительной степени способствует преодолению этой трудности. Однако даже при использовании таких масел имеет место потеря рабочего времени. Во втором случае масло из насоса будет забрасываться в вакуумную систему, вызывая нарушение работы аппаратуры, а также потерю времени на очистку. Помимо этих неисправностей, могут в некоторых случаях возникать повреждения насосов предварительного разрежения, подробно рассмотренные в гл. II.
Для защиты вакуумной системы можно пользоваться некоторыми из устройств, регулирующих давление, которые рассматривались в п. 11. Эти устройства могут давать сигнал, в результате которого происходит отключение пароструйного насоса от остальной вакуумной системы (илп выключение нагревателей пароструйного насоса). Любой регулятор давления, который дросселирует газовый поток из вакуумной камеры в пароструйный насос, можно приспособить в качестве исполнительного устройства реле вакуума, срабатывающего при чрезмерном возрастания давления, при условии, что давление изменяется в пределах, регистрируемых датчиком реле. Требования, предъявляемые к прибору, который должен предохранять систему от чрезмерного возрастания давления, следующие: 1) наличие датчика давления и 2) наличие прибора, использующего сигнал от этого датчика для приведения в действие соответствующей аварийной системы, выключающей подогрев насоса пли перекрывающей задвижку. В качестве датчиков используются манометры, рассмотренные в гл. III, включая магнитный электроразрядный манометр [36], теплоэлектрнческие термопарные манометры [37] и статические манометры [22]. Датчик реле наиболее удобно установить на стороне предварительного разрежения пароструйных насосов. Для предохранения вакуумной системы Бейнбридж и Шерр [38] использовали трубку Гейслера. Для этого они приспособили видоизмененную трубку фирмы Метровая. Для передачи сигнала от датчика применяются всевозможные электронные схемы управления с реле, тиратронами и т. д.
В Радиационной лаборатории была разработана сигнальная система, срабатывающая, когда давление превышает некоторое наперед заданное значение. Основным блоком этого устройства было термоэлектрическое вакуумное реле [39, 40]. Работа реле основана на использовании теплового удлинения нити для включения электрического реле, которое затем в долю секунды включало промежуточное реле.
В теплоэлектрическом датчике применялась вольфрамовая нпть диаметром 0,075 мм. Предварительные эксперименты показали, что проволока такого диаметра при стабилизованном нагреве удлиняется примерно на 0,0002 см на каждый сантиметр длины при изменении давления от 20 до 200 p.ITg. С микропереключателем системы BFR, а в дальнейшем BFR-8 оказалось возможным использовать вольфрамовую нить указанного диаметра длиной 75 мм. Наблюдалось, что со временем, в результате старения, коэффициент линейного расширения и удельное сопротивление вольфрама меняются. Лучшие результаты были получены с отожженной нитью. Испытывались также и другие металлы, включая платину и сплав хромель С, но они не подошли из-за недостаточной прочности на разрыв. Диаметр нити 0,075 мм является оптимальным, он обеспечивает требуемый нагрев при сравнительно небольшом токе подогрева и такая нить обладает достаточной прочностью на разрыв при нагрузке от 200 до 300 г в микропереключателе системы BFR (и от 100 до 150 г в BFR-8). Накал нити производился как при стабилизованном напряжении, так и при стабилизованном токе, причем при стабилизованном токе наблюдался лучший результат. Нить включалась последовательно с постоянными и переменными сопротивлениями, причем питание производилось от феррорезонансного стабилизатора. Изменение длины нити в зависимости от изменения давления определяется теплопроводностью разреженного газа. Поскольку величина удлинения очень мала, для механического крепления нити необходимо выбирать материал с незначительным коэффициентом линейного растяжения. Опробовались некоторые материалы, в том числе и фарфор, и в конце концов был выбран плавленый кварц. На фиг. 86 показана схема этого реле. Устанавливать его желательно на специальных амортизаторах, чтобы исключить возможность срабатывания от случайных сотрясений.
Реле надежно срабатывало при любом давлении в интервале от 30 до 400pHg (с микропереключателем системы BFR-8). Оно испытывалось также и при 10p.Hg, однако при этом давлении наблюдалась некоторая нестабильность точки срабатывания. Помещать реле можно как на стороне высокого вакуума, так и в низковакуумных частях установки, причем первое положение предпочтительнее, так как при этом уменьшается загрязнение реле. Первоначальная установка точки срабатывания производилась при помощи калиброванной течи и соответствующего манометра. В Радиационной лаборатории нормальная точка срабатывания устанавливалась на 150u.Hg (рассуждения, проводимые ниже, пояснены фиг. 87). В момент срабатывания закорачивалась специальным реле часть последовательно соединенных сопротивлений. Увеличение тока, которое происходило из-за выключения части сопротивлений, смещало точку возврата реле к давлению, соответствующему нескольким микронам ртутного столба (около 10). Реле времени сохраняет возросшую величину тока в течение примерно 45 сек после включения промежуточного
реле. Такое устройство препятствует возникновению колебаний реле при давлениях, близких к срабатыванию.
Низкие напряжения на помещенных в вакуум контактах теплоэлектрического реле не. дают возможности развиваться гейсле-ровскому или дуговому разряду при благоприятных для них давлениях. Реле, шунтирующее нагретую нить, сигнализирует в случае обрыва нити. Это является очень желательным, поскольку при
повреждении нити невозможно было бы узнать о неисправности реле вакуума.
В больших вакуумных системах, там, где между пароструйным и предварительным насосами пользуются ловушками с сухим льдом, масло в предварительном насосе должно предохраняться в случае недостатка сухого льда в ловушках. Если температура одной из ловушек возрастает по причине недостатка смеси ацетона с двуокисью углерода, накопившийся на се внутренней поверхности лед начнет таять и портить масло предварительного насоса. Избежать этого можно при внимательном наблюдении за ловушкой. Тем не менее приспособление, сигнализирующее о недостатке двуокиси углерода в ловушке, весьма желательно.
В Радиационной лаборатории для этих целей было разработано специальное устройство [41]. В пем использовалось реле давления1) типа 260АР01, модель 1525. Медная трубка диаметром 6 мм и длиной, достаточной, чтобы один конец ее находился на дне ловушки, а другой выходил из нее, запаивается с одной стороны и заглушается фланцем реле давления с другой. На дне- трубки помещается небольшое количество двуокиси углерода в виде сухого» льда и находится там до тех пор, пока из трубки не будет вытеснен весь воздух. Оставшееся количество двуокиси углерода должно быть достаточно, чтобы при комнатной температуре создать требуемое давление (3,5 кг/см2). Установка реле давления предварительно проверяется при помощи сжатого воздуха и манометра. После этого медная трубка помещается в ловушку с сухим льдом и реле регулируется таким образом, чтобы контакты его были разомкнуты. Давление двуокиси углерода в трубке определяется температурой ловушки. Если в ловушке есть сухой лад, двуокись углерода в реле находится в твердом состоянип. Если температура ловушки возрастает на несколько градусов, сконденсировавшаяся двуокись углерода начинает возгоняться в газообразное состояние, замыкая контакты реле и вызывая сигнальный звонок.
Проблемы защитных устройств, связанные с работой пароструйных насосов и насосов предварительного разрежения, решаются сравнительно легко. В систему охлаждения пароструйных насосов включается прибор для измерения потока воды так, что когда поток воды становится меньше требуемого-, подается сигнал или выключаются нагреватели. Для поддержания постоянной мощности подогрева и для определения перегораний подогревателя могут быть использованы обычные методы. В некоторых случаях защитные устройства устанавливаются для предохранения больших вакуумных систем от случайных перебоев в работе насосов предварительного разрежения, перекрывая вентиль между пароструйными насосами и насосами предварительного разрежения [42].